Резонансний підсилювач реактивної електричної потужності. Аналіз електромагнітних процесів
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2019-2-3Ключові слова:
резонанс, індуктивність, трансформатор Тесла, електрична потужність, коефіцієнт трансформаціїАнотація
Мета роботи. Аналіз електромагнітних процесів і теоретичне обґрунтування принципової можливості резонансного підсилення реактивної електричної потужності гармонічних сигналів в схемі із двох реально індуктивно пов’язаних послідовних активно-реактивних контурів, де «вихідним» елементом є індуктивність вторинного контуру.
Методи дослідження. Дослідження даної тематики було проведено найбільш широко та повноцінно, а саме: вивчені всі можливі джерела теоретичного обґрунтування даної роботи; співставленні всі фактори, що розглянуті у джерелах; оцінені практичні факти явища резонансу на прикладі експериментальної моделі.
Отримані результати. Запропоновано схему реалізації перетворювача, де має місце трансформація вже не тільки напруги, а й потужності гармонічних струмів і напруг. Отримано, що за відповідного вибору параметрів, запропонована схема резонансного перетворювача може розглядатися у якості підсилювача реактивної електричної потужності із максимально можливим коефіцієнтом підсилення – Kmax = 0,5 × ((ω × L2) / R2), ω – резонансна частота, L2 – «вихідна» індуктивність, R2 – активний опір. З огляду на фізику процесу, максимум підсилення потужності резонансним перетворювачем обумовлений мінімально можливою перекачкою енергії із вторинного контуру до первинного із джерелом вхідної гармонічної напруги. Кількісні оцінки, виконані для експериментальної моделі, підтвердили результати якісного аналізу й показали, що запропонована схема резонансного підсилювача може забезпечити високі показники його дієвості (наприклад, підсилення електричної потужності у ~ 38 разів!).
Наукова новизна. Наукова новизна цієї роботи полягає в обґрунтуванні принципової дієвості резонансного підсилювача реактивної електричної потужності, що базується на висновках загального теоретичного аналізу електромагнітних процесів та кількісних оцінок для одного із варіантів його експериментальної реалізації.
Практична цінність. Проведені теоретичні дослідження запропонованої схеми резонансного підсилювача електричної потужності представляють практичний інтерес для подальших експериментальних досліджень, а також, наприклад, для формулювання рекомендацій в розробках схемних елементів джерел потужності для магнітно-імпульсного притягання заданих областей поверхні тонкостінних листових металів. Вельми перспективним в напрямку проведених досліджень бачиться пошук умов найбільш ефективної дієвості, експериментальне вивчення електромагнітних процесів в запропонованій схемі резонансного підсилювача реактивної потужності і розробці пропозицій щодо перетворення реактивної в активну електричну потужність.
Посилання
[1] Pavlov, H. V., Obrubov, A. V. (2014). Rezonansnye preobrazovateli v energoeffektivnykh elektrotekhnicheskikh sistemakh [Resonant amplifiers in energy efficient electrical engineering systems]. Energosberezhenie, energetika, energoaudit. Sp. is. 1, 9 (128), 13–23
[2] Agheb, E., Hayati Soloot, A., Niayesh, K., Hashemi, E. & Jadidian, J. (2009). On the Optimum Design of Air-Cored Tesla Transformers. Acta Physica Polonica. 115 (6), 1152–1154.
[3] Osipov, A. V., Shyniakov, Yu. A., Chernaya, Yu. A. & Tkachenko, A. A. (2015). Rezonansnye preobrazovateli energii solnechnoy batarei [Resonant energy transformers in solar battery] «Federal'noe gosudarstvennoe byudzhetnoe uchrezhdenie vysshego obrazovaniya» Publ. Reshetnevskie chteniya. 1, 19, 290–292
[4] Benenson, W., Harris, J. W., Stoker, H., & Lutz H. (2002). Handbook of Physics. New York: Springer Publ.
[5] Denicolai, M. (2001). Tesla transformer for experimentation and research. Helsinki university of Technology.
[6] Tesla, N. (2011). My inventions and other writings. Penguin.
[7] Gerekos, Ch. (2012) The Tesla Coil. Brussels: Université Libre de Bruxelles
[8] Batygin, Yu. V., Chaplygin, Ye. A., Shinderuk, S. A. & Sabokar, O. S. (2017) Rezonans vo vtorichnom konture transformatora Tesla pri vozbuzhdenii garmonicheskim napryazheniem [Resonance in the secondary circuit of Tesla transformer excited by harmonic voltage]. Vіsnik NTU "KhPІ". Matematichne modelyuvannya v tekhnіtsі ta tekhnologіyakh. 30(1252), 25–31.
[9] Batygin, Yu. V., Shinderuk, S. A., Serikov, G. S. (2018). The quantitative indices of the induction effects and the resonance phenomena in the Tesla transformer. «Danish Scientific Journal», 11–1, 72–79
[10] Demirchyan, K. S., Neyman, L. R., Korovkin, N. V. & Chechurin, V. L. (2003). Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki 4th ed., 1, Spb.: «Piter».
[11] Tilbury, M. (2008). The Ultimate Tesla Coil Design and Construction Guide, McGraw-Hill
[12] Atabekov, G. I. (2006). Osnovy teorii tsepei. L: Energiia.
[13] Batygin, Yu. V., Serikov, G. S., Sinderuk, S. A. (2018). Rezonansnyy usilitel' elektricheskoy moshchnosti. Osnovnye raschetnye sootnosheniya [Rasonant amplifier. The main calculation relations]. Vіsnik Natsіonal'nogo tekhnіchnogo unіversitetu «KhPІ». Serіya: Problemi udoskonalennya elektrichnikh mashin і aparatіv. Teorіya і praktika.: zb.nauk. pr. 32(1308), 59–63
[14] Korn, G. A., Korn, T. M. (2000). Mathematical Handbook for Scientists and Engineers: definitions, theorems, and formulas, for reference and review. Mineola, N.Y.: Dover Publications.
[15] Batygin, Yu. V., Serikov, G. S., Sinderuk, S. A. (2018). Rezonansnyy usilitel' elektricheskoy moshchnosti. Eksperimental'nye issledovaniya [Resonant amplifier. Experimental research]. Luts'k: LNTU. Zb.naukovikh prats': Perspektivnі tekhnologії ta priladi, 13, 18–24
[16] Batygin, Yu. V., Barbashova, M. V., Sabokar O. S. (2018) Electromagnetic metal forming for advanced processing technologies. New York: Springer Publ.
[17] Batygin, Yu. V., e.a. Sposib generuvannja vysokyh amplitud zminnoi' synusoi'dal'noi' naprugy v rezonansnomu rezhymi [Method for generating high amplitudes of sinusoidal voltage variable in resonance mode]. Patent Ua, no. 133471, 2019.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Yu.V. Batygin, G.S. Serikov, S.O. Shinderuk, V.A. Strelnikova, E.R. Usmonov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
